恒阻大变形锚杆

恒阻大变形锚杆由恒阻装置、杆体、托盘和螺母组成(见图1)^[1][2]。其中，恒阻装置包括恒阻套管和恒阻体，并且恒阻套管内表面和杆体的外表面均为螺纹结构，降低了锚杆的自重。恒阻装置，套装于杆体的尾部，托盘和螺母依次安装在恒阻装置的尾部。在当前的设计中，恒阻套管的材料强度低于恒阻体材料强度，这种独特的设计是为了防止恒阻体在恒阻套管内滑移过程中，恒阻体由于强度较低而发生摩擦破坏，产生降阻特性，严重影响新型锚杆的恒阻性能。恒阻大变形锚杆的设计恒阻力为杆体材料屈服强度的80%～90%，确保恒阻装置发挥作用时，杆体不因外部荷载超过其屈服强度而发生塑性变形。

图1 恒阻大变形锚杆结构

恒阻大变形锚杆（索）的支护理念：即支护结构具有刚柔并济的力学特性，有足够的变形能力适应围岩的大变形，又具有恒定的支护阻力抵抗围岩的大变形，从而实现以柔克刚的控制目标。

恒阻大变形锚杆的工作原理如图2所示^[1][2]。

图2 恒阻大变形锚杆工作原理

(1)弹性变形阶段。巷道围岩的变形能通过托盘(外锚固段)和内锚固段施加到杆体上。当围岩变形能较小，施加于杆体上的轴力小于恒阻大变形锚杆的设计恒阻力时，恒阻装置不发生任何移动，此时，恒阻大变形锚杆依靠杆体材料的弹性变形来抵抗岩体的变形破坏。

(2)结构变形阶段。随着巷道围岩变形能逐渐积累，施加于杆体上的轴力大于或等于恒阻大变形锚杆的设计恒阻力时，恒阻装置内的恒阻体沿着套管内壁发生摩擦滑移，在滑移过程中保持恒阻特性，依靠恒阻装置的结构变形来抵抗岩体的变形破坏。

(3)极限变形阶段。巷道围岩经过恒阻大变形锚杆材料变形和结构变形后，变形能得到充分释放，由于外部荷载小于设计恒阻力值，恒阻装置内的恒阻体停止摩擦滑移，巷道围岩再次处于相对稳定状态。因此，当围岩发生缓慢或瞬间大变形破坏时，恒阻大变形锚杆可以吸收岩体变形能，使围岩中的能量得到释放。在新型锚杆发生结构变形阶段，仍然能够保持恒定的工作阻力和稳定的变形量，从而实现了巷道围岩的稳定，大大降低冒顶、塌方、片帮、底臌等安全隐患。

恒阻大变形锚杆具有以下技术特点^[2]：

（1）该型锚杆具有“抗中有让，让中有抗，恒阻防断”的大变形特性；

（2）在巷道围岩产生较大变形时，恒阻大变形锚杆可保持恒定作阻力大于110kN；

（3）在恒定作阻力下，恒阻大变形锚杆变形量可达300~1000mm；

（4）在巷道达到服务年限后，锚杆杆体和锚索恒阻器可回收，并重复利用；

（5）恒阻大变形锚杆主要应用于矿井软岩大变形、岩爆大变形、冲击大变形、突出大变形的巷道支护。

目前有两种规格的恒阻大变形锚杆（索）。分别是恒阻大变形锚杆和恒阻大变形锚索^[2]。

恒阻大变形锚杆（锚索）拉伸性能参数达到恒阻120~200kN、变形量0.5~1.0m，高于国际上最优的澳大利亚同类锚杆参数（恒阻80kN、变形量0.3ｍ），采用恒阻大变形锚杆支护材料可实现在恒定支护阻力条件下的拉伸大变形，能适应并有效控制巷道围岩所产生的缓慢大变形。

恒阻大变形锚杆能够经受住数次冲击作用，累计冲击能量（Ｅ）与累计冲击变形量（Ｕ）基本呈线性关系，说明锚杆恒阻装置的均衡性较强，能够在恒定支护阻力下，有效抵抗冲击大变形^[3]。

图3 恒阻大变形锚杆的命名

图4 恒阻大变形锚索的命名

恒阻大变形锚杆索关键技术参数主要包括恒阻力、极限变形量和恒阻锚杆索长度，详见表1^[2]。